UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA - ELECTRÓNICA SPICEX, SIMULACIÓN GRÁFICA DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS EN LINUX Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Civil Electrónico Mención: Control Automático RICARDO FRANCO MENDOZA GARCÍA Profesor Guía: Ramón Guirriman Carrasco Profesor Informante: Raúl Sanhueza Hormazabal Arica, Chile 2006 Dedicatoria Al señor Ricardo Mendoza Mamani y la señora Inelia García Rojas: mis padres; quienes, sin exigirme nada, me enseñaron a dar lo máximo. I Agradecimientos A mis padres, mis hermanos Ruth y Victor, mi cuñado Frankie, y sobrinitos Tamara y Lucas: mi familia, y al profesor Raúl Sapiain Araya, quienes me animaban permanentemente a concluir el presente trabajo, cuando la situación dificultaba su desarrollo. A la señorita Magdalena Dobrajska, mi compañera, quien se ha encargado de mantener mi salud mental y quien ha sacrificado incontables horas de su tiempo libre, para hacerme compañia durante el desarrollo del proyecto. A todo el resto de mi familia, en el extranjero y en Chile, quienes siempre se han encargado de atenuar la melancolía que periódicamente aparece al encontrarme tan distante de mi tierra natal. A mi permanente grupo de amigos con quienes he compartido penas y alegrías y a los que tengo siempre presente al momento de forjar mi futuro. Al señor John Høffner, mi supervisor en la compañía que dio soporte económico durante un largo período de tiempo a mis estudios: Damixa; quien, sin obligación alguna, siempre soportó mis demandas; especialmente cuando la memoria consumía gran parte de mi tiempo. A mi profesor guía, el señor Ramón Guirriman Carrasco, y a mi profesor informante, el señor Raúl Sanhueza Hormazabal, quienes tuvieron la paciencia de guiar, revisar, y corregir un trabajo a distancia; y durante un período de tiempo excepcional. A la señorita Magdalena Campusano Vergara, siempre dispuesta a resolver los problemas de los alumnos de la carrera de Ingeniería Civil Eléctrica-Electrónica. A todos los profesores que confiaron en mí al momento de seleccionar uno de los alumnos que viajarían a perfeccionar sus conocimientos al extranjero, y que hicieron posible concluir mi proyecto final de carrera. II Índice general Dedicatoria I Agradecimientos II Resumen VIII 1. Introducción 1 1.1. Motivación . 1 1.1.1. El plus de las universidades . 1 1.1.2. De la teoría a la práctica . 2 1.1.3. Linux: el camino legal . 3 1.2. Objetivo General . 3 1.3. Alcances del Proyecto . 4 2. Linux y la Electrónica 5 2.1. Linux y el usuario final . 5 2.2. Alternativas gratuitas . 6 2.2.1. Oficina . 6 2.2.2. Matemática . 6 2.2.2.1. Cálculo numérico . 7 2.2.2.2. Cálculo simbólico . 7 2.2.3. Electrónica . 8 2.2.3.1. Grupos EDA ...................... 8 III ÍNDICE GENERAL IV 2.2.3.2. Captura esquemática . 8 2.2.3.3. Diseño de placas impresas . 9 2.2.3.4. Simulación electrónica . 10 2.3. Captura esquemática y simulación electrónica . 11 2.3.1. Oregano .............................. 12 2.3.2. Qucs ............................... 13 2.3.3. KTechlab ............................. 13 3. Orientación a Objetos 15 3.1. Principios . 15 3.1.1. Abstracción . 16 3.1.1.1. Abstracción de un objeto . 16 3.1.1.2. Clases de objetos . 18 3.1.1.3. Composición de clases . 18 3.1.2. Herramientas . 19 3.1.2.1. Encapsulación . 19 3.1.2.2. Herencia . 21 3.1.2.3. Polimorfismo . 22 3.2. Metodología . 24 3.2.1. Enfoque . 24 3.2.2. Procesos de desarrollo . 25 3.2.3. Pautas a seguir . 26 4. Rational Unified Process - RUP 28 4.1. Principios . 28 4.1.1. Proceso de desarrollo iterativo . 29 4.1.2. Administración de los requerimientos . 29 4.1.3. Estructura del RUP ........................ 31 ÍNDICE GENERAL V 4.2. Metodología . 31 4.2.1. Fases . 31 4.2.1.1. Concepción . 31 4.2.1.2. Elaboración . 32 4.2.1.3. Construcción . 32 4.2.1.4. Transición . 33 4.2.2. Iteraciones . 33 4.2.3. Disciplinas . 34 4.2.3.1. Administración del Proyecto . 34 4.2.3.2. Requerimientos (Análisis) . 35 4.2.3.3. Modelo de Negocio (Análisis) . 35 4.2.3.4. Diseño . 35 4.2.3.5. Implementación . 35 4.2.4. Artefactos . 36 4.2.4.1. Modelo de Casos de Uso . 36 4.2.4.2. Plan de Iteración . 41 4.2.4.3. Modelo del Dominio . 42 4.2.4.4. Modelo del Diseño . 46 4.2.4.5. Modelo de la Implementación . 54 5. Desarrollo de SpiceX 55 5.1. Concepción . 55 5.1.1. Disciplina de Requerimientos . 55 5.1.1.1. Modelo de Casos de Uso . 55 5.1.2. Disciplina de Administración del Proyecto . 59 5.1.2.1. Plan de Iteración . 59 5.2. Elaboración: Primera Iteración . 60 ÍNDICE GENERAL VI 5.2.1. Disciplina de Modelo de Negocio . 60 5.2.1.1. Modelo del Dominio . 60 5.2.2. Disciplina de Diseño . 62 5.2.2.1. Modelo del Diseño: Diagramas de Interacción . 62 5.2.3. Disciplina de Implementación . 66 5.2.3.1. Modelo de la Implementación . 66 5.2.4. Disciplina de Administración del Proyecto . 67 5.2.4.1. Plan de Iteración . 67 5.2.5. Disciplina de Requerimientos . 67 5.2.5.1. Modelo de Casos de Uso . 67 5.3. Elaboración: Segunda Iteración . 69 5.3.1. Disciplina de Modelo de Negocio . 69 5.3.1.1. Modelo del Dominio . 69 5.3.2. Disciplina de Diseño . 69 5.3.2.1. Modelo del Diseño: Diagramas de Interacción . 69 5.3.3. Disciplina de Implementación . 72 5.3.3.1. Modelo de la Implementación . 72 5.3.4. Disciplina de Administración del Proyecto . 74 5.3.4.1. Plan de Iteración . 74 5.3.5. Disciplina de Requerimientos . 74 5.3.5.1. Modelo de Casos de Uso . 74 5.4. Elaboración: Tercera Iteración . 76 5.4.1. Disciplina de Modelo de Negocio . 76 5.4.1.1. Modelo del Dominio . 76 5.4.2. Disciplina de Diseño . 76 5.4.2.1. Modelo del Diseño: Diagramas de Interacción . 76 5.4.3. Disciplina de Implementación . 78 5.4.3.1. Modelo de la Implementación . 78 ÍNDICE GENERAL VII 6. Conclusiones 82 6.1. EDA en Linux . 82 6.2. Webometrics . 83 6.3. Alcances logrados . 84 Apéndice 86 A. Código de SpiceX 86 B. Diagramas de Interacción 87 Bibliografía 96 Resumen El siguiente trabajo implementa una interfaz gráfica para asistir la creación de topologías de circuitos electrónicos en formato de texto: netlist; que satisfagan la sintaxis específica de diversos núcleos de simulación de línea de comandos disponibles en Linux. Además, el contenido trata de graficar, en general, el estado actual de los programas para la automatización del diseño electrónico en Linux, y de presentar el marco teórico necesario para entender y mejorar el sistema a futuro. La metodología de desarrollo seguida al momento de implementar la aplicación es el Rational Unified Process, el cual aborda los requerimientos del proyecto de una forma rápida, directa, organizada y eficaz. Independiente del pequeño avance alcanzado en las fases del proceso de desarrollo, y gracias a las pautas de implementación propuestas por el mismo, la arquitectura principal de la aplicación está prácticamente finalizada. Es así que el programa es funcional, puede ser y ha sido fácilmente testeado, y permite recibir realimentación efectiva. Todo esto, en conjunto con un código y funcionalidad de fácil expansión por parte de los usuarios. Los alcances técnicos logrados son: implementación de circuitos electrónicos de forma gráfica y asistida, con posibilidades de modificación y almacenado; simulación de análisis transiente de los circuitos, disponiendo para ello de una librería de componentes básicos, pero suficientes para una amplia gama de configuraciones; el soporte de los núcleos de simulación Spice y Ngspice, para efectuar dichas simulaciones; y la posibilidad de incrementar la cantidad de componentes soportados, mediante la importación de librerías de componentes para Spice. VIII Capítulo 1 Introducción 1.1. Motivación 1.1.1. El plus de las universidades Es de conocimiento general la preocupación de las universidades por mejorar y destacar sus carreras, logrando así prestigio y distinción entre sus pares. Así como algunas universidades se destacan por la sobresaliente capacidad administrativa que presentan los alumnos que egresan de éstas, otras lo hacen por el bagaje tecnológico que poseen los profesionales que en ellas se forman. Mirando los criterios de evaluación de excelencia, aplicados por importantes medios de comunicación al momento de elaborar rankings de universidades a nivel mundial, queda de manifiesto la importancia de las publicaciones generadas en las instituciones de educación superior[7]. En este contexto, no existe una ley que limite el desarrollo y proliferación de investigaciones, manuales y cualquier tipo de publicaciones científico- técnicas, a los académicos de las universidades. Asumiendo esto, el alumno tiene la capacidad de aportar en forma directa al prestigio que posee la institución que a futuro respaldará su nivel de educación, usando como herramienta la publicación del conocimiento[4]. Es decir, el estudiante tiene la posibilidad de generar ese plus tan conveniente, tomando en sus manos la responsabilidad hasta ahora delegada a las administraciones universitarias. 1 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 2 1.1.2. De la teoría a la práctica ¿Cómo lograr esto? La respuesta a esta interrogante es tema de interesantes debates. Una medida inicial puede ser la generación de espacios de tiempo para desarrollar esta capacidad, tan limitada por la saturación de asignaturas presente en las carreras de Ingeniería. Sin embargo, con un alumno desmotivado, cualquier optimización curricular sería infructuosa. Independiente de la forma como se impulse este macro objetivo, sea como resultado de una buena política de acción de parte de los académicos o como producto de la motivación interna del estudiante, éste último debería incursionar, en el transcurso de su formación profesional, en el ámbito de la investigación, innovación y publicación.